基于反问题求解的航空独立电源系统故障诊断与预测解析方法研究

According to the Integrated Prognostics and Health Management technology development of the independent power system in the aviation, aiming at the urgent need to address the key issues, namely fault detection, diagnosis and prediction, one targeted fault diagnosis and prediction method based on inverse problem solution, has been proposed in this project, the research contents are as the followings:..First to investigate the comprehensive variation law of multi-physical parameters in the key position under the situation of independent power system fault conditions, include the deep coupling relations between them. Then to study the methods of integrated monitoring and handling of these parameters, select and extract the fault characteristics accordingly, to research the state modeling and simulation technology of independent power system. Hereafter, based on these findings, using the inverse problem theory, considering in combination with comprehensive testing of the external multi-physical state parameters of the independent power system information features, to establish one new analytical theory and solution algorithm for the independent power system operating status Fault diagnosis and prediction, meanwhile, to improve the principle of the analytical algorithm and the actual application process using the actual data and the experimental data, finally, the quantitative evaluation of the algorithm will be given out...The project contributions will provide powerful theories and methods support for the development and application of aviation independent power system Integrated Health Management, and this will have great significance for the high reliable power supply of aircraft and the advanced maintenance techniques development.

根据航空独立电源系统综合健康管理技术发展中，迫切需要解决的关键问题，即故障的检测、诊断和预测，提出了有针对性的、基于反问题求解的故障诊断与预测方法研究，内容包括：.独立电源系统故障情况下，研究关键位置电压、电流、相位、频率、电功率、温度、电场、磁场和电动力等多物理参数的综合变化规律，及其与故障的深度耦合关系。综合监测与处理这些参数，据此选择并提取故障的特征。另外，研究独立电源系统状态建模与仿真技术。以这些研究为基础，应用反问题理论，以独立电源系统外在多物理状态参数综合检测信息特征为依据，建立独立电源系统运行状态故障诊断与预测的新型思路和解析算法。完善该解析方法的原理和实际应用过程，最后，给出算法的评价指标与定量评估结果。.项目的研究，能为航空独立电源系统综合健康管理技术发展与应用，提供有力的理论与方法支撑，对飞机的可靠供电与先进维护技术发展具有重要意义。

针对国内外工业界前沿领域先进大飞机、第五代战机研发中的关键技术——航空独立电源系统的故障诊断与预测，提出了基于反问题思想实现故障诊断与预测解析的研究设想。研究中，课题组针对航空独立电源系统，采用理论建模、仿真分析和实验验证研究相结合的方法，分别从独立电源系统故障模式分析、基于反问题思路的独立电源系统故障诊断与预测、独立电源系统外在效应信息综合检测的技术实现等方面进行了深入研究。. 完成的主要研究内容包括：独立电源系统故障后的多物理域外在表现的综合机理；具有混杂特性的独立电源系统建模及故障仿真技术；基于反问题思路的独立电源系统故障诊断与预测解析方法；解析方法的验证与评估及性能完善；支撑独立电源系统外在效应信息综合检测的技术。. 取得的主要成果有：归纳总结了独立电源系统故障后的效应及外在表现的综合机理。在独立电源系统外在信息综合检测的技术实现方面，提出了一种以系统故障的可观性和可分辨性为目标的传感器布局优化方法，并提出了一种“源及其效应”同时检测的综合检测体系结构。建立了独立电源系统键合图模型，针对关键环节同步发电机模块完成故障仿真分析、验证，在此基础上建立了航空电源系统故障库。针对航空独立电源系统渐进性和突变型故障，建立了基于反问题求解的故障诊断和预测模型，分别给出了相应的求解算法，并完成了算法的性能度量研究，给出了验证与评价方案。根据研究成果，开发了一个基于故障树的在线监测软件平台，以满足研究成果进一步应用于独立电源系统故障诊断与预测的实际工作中去的需求。为了解决航空电源系统中电场这个效应的测量问题，研制了电场传感器，目前具备标准化小批量生产的能力。. 项目的研究成果，为航空独立电源系统综合健康管理技术发展与应用，能提供有力的理论与方法支撑，以及提供部分经过验证的工程实现思路和具体的技术，这些对飞机的可靠供电与先进维护技术发展具有重要价值。项目的部分技术已经在实际中得到应用，效果良好。